[发明专利]一种水空跨介质无线双向通信方法

说明书

本发明提出了一种水空跨介质无线双向通信方法，用于解决现有通信方式无法很好地同时实现水空跨介质无线双向通信的技术问题。本发明包括上行通信链路与下行通信链路，上行通信链路采用毫米波雷达探测技术实现，下行通信链路采用激光致声技术实现，上行通信链路和下行通信链路通过计算机系统相连接，上行通信链路与下行通信链路完成对话反馈，实现水下设备与空中设备的无线双向通信。本发明上行通信链路通过使用毫米波雷达对水下声波产生的水面波纹振动进行探测并解析实现水对空跨介质无线通信工作，下行通信链路通过激光致声技术实现空对水跨介质无线通信工作，完成水空跨介质无线双向通信。

技术领域

本发明涉及跨介质通信的技术领域，尤其涉及一种水空跨介质无线双向通信方法。

背景技术

地球上70％的面积被海洋覆盖，利用海洋资源，保护海洋环境，发展海洋技术是人类发展过程中必不可少的部分，其中无线水下通信技术近几年飞速发展，在海洋生物学、油田监测、水污染研究、安全监视、海战等领域发挥了重要作用。随着技术的发展及人们对探索海洋需求的增加，水空跨介质通信技术成为发展所需，由于无线电波在水下环境中的高吸收衰减系数，声波已成为水下通信的首选。而声波信号在穿越水面的过程中绝大部分能量被衰减，空中设备无法通过声学链路获得水下无线信息，水空跨介质通信成为一大发展难题。

尽管水下通信的研究工作有很多，但只有少数研究集中在水空跨介质双向通信。到目前为止，在空中和水下设备之间建立通信连接的唯一可行方法是在水面部署能够沟通空中与水下设备传递数据的浮动设备。但浮动设备严重限制了工作条件，也会带来很多安全问题。基于目前技术的空缺与不足，本发明提出一种水空跨介质无线双向通信系统。

申请号为202011024918.1的发明专利公开了一种跨介质的空中至水下激光致声通信方法及装置，通过数字信息编码控制激光器发射激光脉冲的时间间隔及能量大小从而激发不同频率及不同特性的激光信号，特定的激光脉冲经过空气传输使得激光能量在到达水面之后以光击穿的方式与水介质实现相互作用，进而把激光脉冲转化成为声波信号在水下向各个方向进行传播，通过水下任意位置的水听器进行声波信号的接收，从而实现从空中到水下的信号传输，进而进行信息的传输从而实现水声通信；其中，发送数据的前端加入表明数据幅值及时隙类型的编码组成通信帧；接收系统通过对码元信息的识别判断数据的幅值及时隙类型从而判断脉冲所代表的实际数据，完成通信的数据解码并送输出电路显示。该发明激光器输出随机变化的脉冲调制信号，且信号呈现无规律状态，能够有效降低数据丢失或被破译的概率。保障通信双方之间的通信安全性，提高通信双方的通讯质量，克服环境干扰下存在的通信困难。但是，该专利仅提出了空对水单向通信链路的方法实现，并未提出水对空方向通信的有效解决方法；其次，该专利所提出的脉位调制PPM信号调制方法在实际应用场景下会因水听器在水中的位置不同对激光能量大小存在很大可能的误判，从而对信号错误解码。

发明内容

针对现有通信方式无法很好地同时实现水空跨介质无线双向通信的技术问题，本发明提出一种水空跨介质无线双向通信方法，同时实现了水空跨介质无线双向通信，达到水下设备与空中设备的无线全双工通信的要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种水空跨介质无线双向通信系统，包括上行通信链路与下行通信链路，上行通信链路采用毫米波雷达探测技术实现，下行通信链路采用激光致声技术实现，上行通信链路和下行通信链路通过计算机系统相连接，上行通信链路与下行通信链路完成对话反馈，实现水下设备与空中设备的无线双向通信。